Потенциал применения наночастиц в процессе строительства нефтяных и газовых скважин

Наночастицы — понятие, которое приобрело широкое распространение в различных сферах. Их влияние изучают по сей день, поэтому они прочно заняли свою нишу в науке и тем самым способствуют развитию множества отраслей. Одной из таких является энергетическая отрасль.

Одной из амбициозных тем внутри научного сообщества является применение нанотехнологий в бурении. Наночастицы в буровых растворах обладают рядом уникальных свойств: высокая теплопроводность, большая площадь поверхности, минимизация разрушения пласта коллектора (горной породы, обладающий пористостью и проницаемостью, способная вмещать в себе флюиды и фильтровать их), регулирование процессов фильтрации флюида, улучшение реологических свойств (параметры вещества, характеризующие его текучесть), в частности вязкости и др. Все вышеперечисленное, в свою очередь, определяет технико-экономический потенциал применения описываемой технологии.

Применяемые для буровых растворов наночастицы можно условно разделить на 4 группы: наночастицы на основе полимеров, керамические наночастицы, наночастицы металлов, углеродные наночастицы.

К первой группе относятся наночастицы синтетического полимера, среди которых: применение SiO2/акриловой смолы позволяет улучшить реологические и тепловые свойства бурового раствора на водной основе; нанополимеров кремнезема — изменять смачиваемость сланцевой формации (поверхностное явление, возникающее на границе соприкосновения фаз); ZnO-акриламида — влиять на предел текучести (составляющую сопротивления течению бурового раствора, мера электрохимических сил притяжения в буровом растворе) и прочность геля, смазочное свойство, термические и химические свойства. Отмечается также возможность влиять на закупоривание глинистых сланцевых пор, предотвращая набухание.

Наночастицы второй группы — керамические наночастицы (например, алюмосиликат магния) — могут существенно сократить использование обычного бурового раствора, что было бы благоприятно для окружающей среды. Установлено, что наночастицы гидрофильного кремнезема могут позволить снизить гидратообразование в буровом растворе, а применение в буровых растворах на водной основе снижает степень их взаимодействия со сланцевыми формациями (совокупность горных пород, связанных общностью условий своего образования). Наночастицы ZnO могут быть использованы для удаления сероводорода из буровых растворов на водной основе. Применение наночастиц TiO2 позволяет снизить предел текучести и пластическую вязкость РВО, в свою очередь. повысив прочность геля. Глиняные наночастицы и наночастицы CuO2 могут улучшить реологические и термические свойства бурового раствора.

Третья группа — наночастицы металлов. Добавление нитрида бора и наночастиц железа в буровые растворы снижает коэффициенты механического трения бурового раствора. Наночастицы железа могут уменьшить статические потери фильтрата бурового раствора, положительно влиять на вязкостные характеристики раствора. Ряд исследований показал возможность повышения давления гидроразрыва более чем на 60% при применении оптимальных концентраций наночастиц кальция. Наночастицы серебра позволяют регулировать потери фильтрата бурового раствора (жидкая фаза бурового раствора, которая отфильтровывается в пласт коллектор за счёт перепада давления), а также снизить предел его текучести.

Четвертая группа представлена наночастицами углерода и графена. Наночастицы углерода позволяют поддерживать однородность бурового раствора в течение длительного периода времени, контролировать плотность бурового раствора, значительно повысить его термическую стабильность. Графен может быть использован в качестве фильтра в буровом растворе на нефтяной основе.

Использование наночастиц в буровых растворах имеет экономические и экологические преимущества. Первое — это их низкая цена. Значительное отношение площади поверхности к массе наночастиц — причина увеличения их реакционной способности и, таким образом, снижения использования наночастиц в буровых растворах. Применение наночастиц позволяет снизить непроизводительные затраты времени и стоимость используемого бурового раствора, возможно при разработке трудноизвлекаемых запасов (ТРИЗ). В том числе и как средство повышения нефтеотдачи.

При этом нельзя не сказать и о рисках. К таким следует относить: необходимость применения больших объемов наночастиц для ряда месторождений; сложность в установлении совместимости физико-химических свойств пласта коллектора, бурового раствора и наночастиц; необходимость применения промышленной гигиены; ограниченные возможности в части проведения лабораторных и полевых испытаний.

В этой связи возникает потребность в комплексном подходе к решению данных проблем, в рамках которого нами видится постановка перед отраслью следующих задач: формирование в периметре всех производственных компаний научных подразделений в лице высококвалифицированных профессионалов, готовых оперативно включаться работу; построение экосистемы сотрудничества нефтегазовых, инжиниринговых компаний и производителей для унификации существующих требований отрасли в единых стандартах, выстраивание гибких и долгосрочных взаимоотношений поставщиков и испытательных центров, для чего в Российской Федерации в 2020 году была учреждена АНО «Институт нефтегазовых технологических инициатив».

На текущий момент в рамках ИНТИ ведётся активная работа в направлении унификации требований к компонентам буровых растворов, на 4 из которых — базовые масла, ксантановая камедь, полианионная целлюлоза и гильсонит уже были подготовлены проекты стандартов. Мы наблюдаем большую заинтересованность представителей данного направления в формировании качественной нормативной документации, что обуславливается, помимо ограниченности существующей стандартизированной номенклатуры, также и отсутствием адаптации прописанных требований к текущим санкционным реалиям и ошибками в отечественных ГОСТах. В проработку стандартов ИНТИ на компоненты буровых растворов (в ближайшей перспективе также и наночастиц для них) уже подключены крупные научно-испытательные центры, готовые по факту утверждения нормативных документов включать их в свои регламенты на прохождение оценки соответствия.

Оперативный переход отечественного инжиниринга строительства нефтяных и газовых скважин на нанотехнологии — это в первую очередь продукт доверительного сотрудничества. Насколько быстро получится этого добиться, какие ресурсы и в каком объеме для этого необходимы — актуальный вопрос.

Наш сайт: https://inti.expert

#нанотехнологии #энергетика #энергетическаяотрасль #бурение #стандартизация #INTI